CN105722145B - 基于s1接口的数据通信方法和基站 - Google Patents

基于s1接口的数据通信方法和基站 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于S1接口的数据通信方法及基站，所述方法包括：根据S1接口协议解析基站发送至边缘服务节点的数据包，得到TEID字段和IP包头字段；将所述TEID字段修改为与所述TEID字段的上行TEID字段对应的下行TEID字段，并将所述IP包头字段中的目的地址修改为边缘服务节点对应的IP地址，以使处理后的数据包根据所述IP地址发送至所述边缘服务节点。本发明根据S1接口协议对数据包进行解析，同时对解析得到的TEID字段和IP包头字段进行修改后可直接进行通信，只需采用一种协议对数据包进行处理，无需借助两种不同的协议进行通信，大大节省了基站的资源消耗，提高了基站的处理速度，从而增强了用户体验。

Description

基于S1接口的数据通信方法和基站
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及一种基于S1接口的数据通信方法及基站。
背景技术
随着以应用与内容为代表的数字化服务时代的到来，运营商亟需更加有效的管理与运营方式。作为有效途径之一，服务边缘化成为产业界及学术界热点并被认为是长期演进(Long Term Evolution，LTE)及其演进网络的关键技术之一。在现有的部署方案中，边缘服务节点以串接或是旁路的方式部署在移动通信网络边缘。
使用串接方式部署的方案较为常见，然而这种方案存在一些缺陷：服务节点直接串接在移动通信边缘网络中。需要服务节点对所处链路上所有流量进行监听和分析，这会造成额外的开销。同时，串接的做法还可能会带来新的设备风险点。此外，由于服务节点单独部署在移动通信网络中，无法利用其它网元(如基站)内部既有的一些信息(如TEID字段)，对于这些信息需要同时对控制面进行监听以获得，而对于控制面的监听、处理和分析难度较大。
对于使用旁路方式部署的方案，按照其分流的方式可以分为镜像的方式以及基于3GPP LIPA/SIPTO技术的方式。对于使用镜像的方式，其使用独立的网元对流经该网元的所有流进行镜像化处理，并将镜像出来的流导向服务节点，同样会造成处理上的冗余。对于使用3GPP LIPA/SIPTO技术的方案，同样也存在着一些局限性：1)不论是LIPA还是SIPTO技术都尚在讨论中，尚未形成具体的标准。2)LIPA/SIPTO是将PGW的部分功能以网关的形式下沉到移动网络边缘。而在完成“将服务流卸载到边缘服务节点”的功能时，并不需要使用到完整的网关功能(如内/外网IP地址的转化)。在移动性管理方面，通过LIPA/SIPTO技术从不同位置分流出来的流流向一个或多个PDN。从不同位置流出的流具有不同的属性(如同一个客户端在发生移动性切换前后对应的外网IP地址)，这为移动性管理带来了阻碍。因此LIPA/SIPTO只提供有限的移动性管理服务。
发明内容
针对在背景技术中提到的诸多问题，本发明提出一种基于S1接口的数据通信方法。
第一方面，本发明提出一种基于S1接口的数据通信方法，包括：
根据S1接口协议解析基站发送至边缘服务节点的数据包，得到TEID字段和IP包头字段；
将所述TEID字段修改为与所述TEID字段的上行TEID字段对应的下行TEID字段，并将所述IP包头字段中的目的地址修改为边缘服务节点对应的IP地址，以使处理后的数据包根据所述IP地址发送至所述边缘服务节点；
其中，所述边缘服务节点与所述基站通信连接。
优选地，还包括：
修改当前数据包的校验和字段。
优选地，还包括：
接收所述边缘服务节点发送的数据包，所述边缘服务节点发送的数据包为所述边缘服务节点添加S1协议的包头后的数据包，所述S1协议的包头中TEID字段的值为所述边缘服务节点向所述基站发送的数据包中TEID字段的值。
优选地，所述S1协议的包头包括：IP包头、UDP包头和GTP-U包头。
优选地，还包括：
根据S1接口协议，在所述基站向控制节点发送的数据包中添加基站信息，并根据GTP协议将添加基站信息后的数据包发送至所述控制节点。
第二方面，本发明还提出一种基于S1接口的数据通信基站，包括：
解析模块，用于根据S1接口协议解析基站发送至边缘服务节点的数据包，得到TEID字段和IP包头字段；
处理模块，用于将所述TEID字段修改为与所述TEID字段的上行TEID字段对应的下行TEID字段，并将所述IP包头字段中的目的地址修改为边缘服务节点对应的IP地址，以使处理后的数据包根据所述IP地址发送至所述边缘服务节点；
其中，所述边缘服务节点与所述基站通信连接。
优选地，还包括：
校验和修改模块，用于修改当前数据包的校验和字段。
优选地，还包括：
数据包接收模块，用于接收所述边缘服务节点发送的数据包，所述边缘服务节点发送的数据包为所述边缘服务节点添加S1协议的包头后的数据包，所述S1协议的包头中TEID字段的值为所述边缘服务节点向所述基站发送的数据包中TEID字段的值。
优选地，所述包头添加模块中所述S1协议的包头包括：IP包头、UDP包头和GTP-U包头。
优选地，还包括：
控制节点发送模块，用于根据S1接口协议，在所述基站向控制节点发送的数据包中添加基站信息，并根据GTP协议将添加基站信息后的数据包发送至所述控制节点。
由上述技术方案可知，本发明根据S1接口协议对数据包进行解析，同时对解析得到的TEID字段和IP包头字段进行修改后直接进行通信，只需采用一种协议对数据包进行处理，无需借助两种不同的协议进行通信，大大节省了基站的资源消耗，提高了基站的处理速度，从而增强了用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种基于S1接口的移动网络的通信方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种基于S1接口的移动网络的通信系统；
图3为本发明一实施例提供的一种增强基站与边缘服务节点iCN之间使用S1接口进行通信的系统协议栈示意图；
图4为本发明一实施例提供的一种单网卡客户端与增强基站之间使用S1接口进行通信的协议栈示意图；
图5为本发明一实施例提供的一种双网卡客户端与增强基站之间使用S1接口进行通信的协议栈示意图；
图6为本发明一实施例提供的一种增强基站与控制节点iCHE之间使用S1接口进行通信的协议栈示意图；
图7为本发明一实施例提供的一种基于S1接口的移动网络的通信基站的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1示出了本发明一实施例提供的一种基于S1接口的移动网络的通信方法，包括：
S101、根据S1接口协议解析基站发送至边缘服务节点的数据包，得到TEID字段和IP包头字段；
S102、将所述TEID字段修改为与所述TEID字段的上行TEID字段对应的下行TEID字段，并将所述IP包头字段中的目的地址修改为边缘服务节点对应的IP地址，以使处理后的数据包根据所述IP地址发送至所述边缘服务节点；
其中，所述边缘服务节点与所述基站通信连接。
在数据包中修改TEID字段后，边缘内容节点将在响应数据包中的TEID字段中填入相同的值，以使得基站获悉响应数据包应处于的下行承载并以合适的QoS通过空中接口发往客户端。
本发明根据S1接口协议对数据包进行解析，同时对解析得到的TEID字段和IP包头字段进行修改后直接进行通信，只需采用一种协议对数据包进行处理，无需借助两种不同的协议进行通信，大大节省了基站的资源消耗，提高了基站的处理速度，从而增强了用户体验。
作为本实施例的优选方案，还包括：
S103、修改当前数据包的校验和字段。
通过修改校验和字段，使得修改后的数据包满足校验条件，避免数据包的误丢弃，从而提高传输的正确率。
进一步地，还包括：
S104、接收所述边缘服务节点发送的数据包，所述边缘服务节点发送的数据包为所述边缘服务节点添加S1协议的包头后的数据包，所述S1协议的包头中TEID字段的值为所述边缘服务节点向所述基站发送的数据包中TEID字段的值。
也可以采用如下处理方式：边缘服务节点将TEID字段封装在数据包中发送至基站，基站接收该数据包后解析得到TEID字段，并在该数据包中添加S1协议的包头后使用标准处理流程进行处理。
通过在数据包中添加S1协议的包头后进一步由基站进行处理，大大节省了基站在接收数据包时的资源消耗，降低了实现的复杂度，提高了基站的处理速度，从而增强了用户体验。
具体地，所述S1协议的包头包括：IP包头、UDP包头和GTP-U包头。
更进一步地，还包括：
S105、根据S1接口协议，在所述基站向控制节点发送的数据包中添加基站信息，并根据GTP协议将添加基站信息后的数据包发送至所述控制节点。
为了更详细地说明本实施例提供的基于S1接口的数据通信方法，以下对基于S1接口的通信系统和具体的协议进行描述：
如图2为本实施例提供的一种基于S1接口的通信系统，包括以下3个主要组成部分：控制节点21、边缘服务节点22和基站23。其中，控制节点21采用移动CDN控制节点iCHE(in-RAN CDN Handling Entity)，边缘服务节点22采用移动CDN边缘服务节点iCN(in-RANCDN Node)，基站23采用增强基站。其中iCHE节点是临近移动网络的互联网CDN节点，也是各iCN节点的控制节点，通过旁路的方式部署在P-GW后侧。iCN节点是部署在移动网络边缘的移动CDN节点。iCN节点与iCHE节点间通过带外的方式进行通信。增强基站将增加内容数据包过滤与分流模块。根据基站是否支持双网卡以及是否需要集中部署iCN节点将部署场景分为4种，分别为单网卡分布式部署(如图2所示)、双网卡分布式部署、单网卡集中式部署以及双网卡集中式部署。
iCN节点与增强基站间通信使用的数据包格式为S1协议格式，系统的协议栈如图3所示，对于增强基站发往iCN节点的数据包，在增强基站侧会对原本的S1协议格式的数据包做出如下改动：将GTP-U包头中的TEID字段由对应S1承载中S-GW侧的TEID改为希望iCN发送响应消息时的TEID号(即对应S1承载中增强基站侧的TEID)；将IP包头字段中的目的地址由S-GW的IP地址改为发往的iCN对应的IP地址；对TEID、目的地址相关的字段(如校验和字段)进行修改，当目标iCN收到该数据包时将会对TEID以及相关信息进行提取。对于iCN发往增强基站的数据包，在待发送的数据包(数据包头由外到内依次为IP、UDP/TCP、APP)外加上S1协议的包头，将处理后的数据包(数据包包头由外到内依次为IP、UDP、GTP-U、IP、TCP/UDP、APP)发往增强基站。
本实施例的iCN节点不需要实现完整的S1协议栈，只需实现其中对数据包头的处理部分即可。
增强基站与客户端之间通过S1接口进行通信的协议栈如图4和图5所示，其中图4为本实施例提供的一种单网卡客户端与增强基站之间使用S1接口进行通信的协议栈示意图，图5为本实施例提供的一种双网卡客户端与增强基站之间使用S1接口进行通信的协议栈示意图。对于增强基站收到的从客户端发出来的包，基站执行以下步骤：
基站在收到客户端发送的数据包后，会按照S1协议形式对数据包进行封装。基站侧识别包的原理如下：在基站中维护有各iCN和iCHE的IP地址列表，若发现客户端的数据包的目的地址在该列表中，则识别出该数据包需要进行特殊处理。
对于发往iCN节点的数据包，以S1格式发往合适的接口，继而转发给目标iCN节点。具体地：对于单网卡的部署场景，iCN节点连接到基站所直连的路由器/交换机。发往iCN的数据包与发往SGW的数据包从增强基站的同一接口转发。此场景下的增强基站协议栈图如图4所示。对于双网卡的部署的场景，iCN节与增强基站间有直连链路，基站将发往iCN节点的数据包通过这些直连链路的接口将数据包发往iCN节点所在的网络，最终这些数据包到达目标iCN节点。此场景下的增强基站协议栈图如图5所示。
对于发往iCHE节点的数据包，需要将基站的信息注入数据包中合适的位置，如IP包头中的可选项字段。之后通过标准的GTP协议流程发往iCHE节点。此场景下系统协议栈图如图6所示，对于SGW发送的数据包，基站使用标准GTP处理流程对数据包进行处理并转发给客户端。对于从iCN发出的IP数据包，基站对数据包封装成S1协议形式并启用标准流程对数据包进行处理并通过空中接口转发给客户端。具体而言：对于iCN节点与增强基站间使用S1协议格式的数据包进行通信的场景。收到的数据包为S1协议格式的数据包，直接启用标准流程对数据包进行处理并通过控中接口转发给客户端。基站在收到客户端的请求报文后，识别出目标地址为某iCN的地址，使用S1格式进行封装并从合适的端口发给对应的iCN。
基站向客户端发送数据包时，对报文执行相应的处理后，执行基站的标准处理过程并通过空中接口发给客户端。具体而言：对于iCN节点与移动边缘网络共用同一套物理链路的部署场景，iCN节点连接到基站所直连的路由器/交换机。基站收到的包可能是SGW发出的包也可能是iCN节点发出的数据包。在基站中维护有各iCN的IP地址列表，基站通过对数据包源地址进行判断，若源地址在该列表中，则数据包为iCN节点发出的数据包。对于iCN节点独立连接到增强接站的部署场景，边缘CDN系统不占用移动边缘网络的物理链路资源，iCN节点直接连接到基站的接口上。直接从物理接口对两种数据包(iCN节点发送的数据包与SGW发送的数据包)进行区分。对于iCN节点与增强基站间使用S1协议格式的数据包进行通信的场景。收到的数据包为S1协议格式的数据包，直接启用标准流程对数据包进行处理并通过控中接口转发给客户端。
本实施例可以应用到多种场景中，如可兼容并开放移动接入网的网络功能虚拟化(NFV)与软件定义(SDx)功能，支持应用驱动的、智能管控的边缘服务系统。例如，可以旁路方式实现面向LTE-A及5G的移动内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)边缘内容服务；可支持LTE-A及5G的机器通信边缘服务、车联网(V2X)边缘服务、虚拟现实(VR)与增强现实(AR)边缘服务等。
图7示出了本发明一实施例提供的一种基于S1接口的移动网络的通信基站的结构示意图，包括：
解析模块71，用于根据S1接口协议解析基站发送至边缘服务节点的数据包，得到TEID字段和IP包头字段；
处理模块72，用于将所述TEID字段修改为与所述TEID字段的上行TEID字段对应的下行TEID字段，并将所述IP包头字段中的目的地址修改为边缘服务节点对应的IP地址，以使处理后的数据包根据所述IP地址发送至所述边缘服务节点；
其中，所述边缘服务节点与所述基站通信连接。
在数据包中修改TEID字段后，边缘内容节点将在响应数据包中的TEID字段中填入相同的值，以使得基站获悉响应数据包应处于的下行承载并以合适的QoS通过空中接口发往客户端。
本发明根据S1接口协议对数据包进行解析，同时对解析得到的TEID字段和IP包头字段进行修改后直接进行通信，只需采用一种协议对数据包进行处理，无需借助两种不同的协议进行通信，大大节省了基站的资源消耗，提高了基站的处理速度，从而增强了用户体验。
作为本实施例的优选方案，还包括：
校验和修改模块，用于修改当前数据包的校验和字段。
通过修改校验和字段，使得修改后的数据包满足校验条件，避免数据包的误丢弃，从而提高传输的正确率。
进一步地，还包括：
数据包接收模块，用于接收所述边缘服务节点发送的数据包，所述边缘服务节点发送的数据包为所述边缘服务节点添加S1协议的包头后的数据包，所述S1协议的包头中TEID字段的值为所述边缘服务节点向所述基站发送的数据包中TEID字段的值。
也可以采用如下处理方式：边缘服务节点将TEID字段封装在数据包中并发送至基站，基站接收该数据包后解析得到TEID字段，并在该数据包中添加S1协议的包头后使用标准处理流程对数据包进行处理。
通过在数据包中添加S1协议的包头后进一步由基站进行处理，大大节省了基站在接收数据包时的资源消耗，降低了实现的复杂度，提高了基站的处理速度，从而增强了用户体验。
具体地，所述包头添加模块中所述S1协议的包头包括：IP包头、UDP包头和GTP-U包头。
更进一步地，还包括：
控制节点发送模块，用于根据S1接口协议，在所述基站向控制节点发送的数据包中添加基站信息，并根据GTP协议将添加基站信息后的数据包发送至所述控制节点。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

Claims (10)

1.一种基于S1接口的数据通信方法，其特征在于，包括：
根据S1接口协议解析基站发送至边缘服务节点的数据包，得到TEID字段和IP包头字段；
将所述TEID字段修改为与所述TEID字段的上行TEID字段对应的下行TEID字段，并将所述IP包头字段中的目的地址修改为边缘服务节点对应的IP地址，以使处理后的数据包根据所述IP地址发送至所述边缘服务节点；所述下行TEID字段包括希望边缘服务节点发送响应消息时的TEID号；
其中，所述边缘服务节点与所述基站通信连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
修改当前数据包的校验和字段。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
接收所述边缘服务节点发送的数据包，所述边缘服务节点发送的数据包为所述边缘服务节点添加S1协议的包头后的数据包，所述S1协议的包头中TEID字段的值为所述边缘服务节点向所述基站发送的数据包中TEID字段的值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S1协议的包头包括：IP包头、UDP包头和GTP-U包头。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
根据S1接口协议，在所述基站向控制节点发送的数据包中添加基站信息，并根据GTP协议将添加基站信息后的数据包发送至所述控制节点。
6.一种基于S1接口的数据通信基站，其特征在于，包括：
解析模块，用于根据S1接口协议解析基站发送至边缘服务节点的数据包，得到TEID字段和IP包头字段；
处理模块，用于将所述TEID字段修改为与所述TEID字段的上行TEID字段对应的下行TEID字段，并将所述IP包头字段中的目的地址修改为边缘服务节点对应的IP地址，以使处理后的数据包根据所述IP地址发送至所述边缘服务节点；所述下行TEID字段包括希望边缘服务节点发送响应消息时的TEID号；
其中，所述边缘服务节点与所述基站通信连接。
7.根据权利要求6所述的基站，其特征在于，还包括：
校验和修改模块，用于修改当前数据包的校验和字段。
8.根据权利要求7所述的基站，其特征在于，还包括：
数据包接收模块，用于接收所述边缘服务节点发送的数据包，所述边缘服务节点发送的数据包为所述边缘服务节点添加S1协议的包头后的数据包，所述S1协议的包头中TEID字段的值为所述边缘服务节点向所述基站发送的数据包中TEID字段的值。
9.根据权利要求8所述的基站，其特征在于，所述包头添加模块中所述S1协议的包头包括：IP包头、UDP包头和GTP-U包头。
10.根据权利要求9所述的基站，其特征在于，还包括：
控制节点发送模块，用于根据S1接口协议，在所述基站向控制节点发送的数据包中添加基站信息，并根据GTP协议将添加基站信息后的数据包发送至所述控制节点。
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